Espontaneidade de Reaccións Redox, Hibridación e Enlaces Químicos: Exercicios Resoltos

Exercicios de Química: Pila Galvánica, Hibridación e Enlaces Químicos

1. Espontaneidade de Reaccións Redox

Utilizando os valores dos potenciais de redución estándar seguintes: Eº(Fe²⁺|Fe)= -0,44 V; Eº(Cd²⁺|Cd)= -0,40 V; Eº(Cu²⁺|Cu) = +0,34 V, xustifique cal ou cales das seguintes reaccións se producirán de xeito espontáneo:

1.1. Fe²⁺(aq) + Cu(s) → Fe(s) + Cu²⁺(aq)

1.2. Cu²⁺(aq) + Cd(s) → Cu(s) + Cd²⁺(aq)

1.1. Fe²⁺ (aq) + Cu(s) → Fe(s) + Cu²⁺ (aq), esta reacción non se producirá, xa que:

Oxidación Cu (s) → Cu²⁺ (aq)+ 2e^- ; E⁰ = -0,34 V

Redución Fe²⁺(aq) + 2 e^- → Fe(s); E⁰ = -0,44 V

Reacción global: Fe²⁺ (aq) + Cu(s) → Fe(s) + Cu²⁺ (aq) Eº= -0,78 V

Tendo en conta a relación entre a variación de enerxía libre de Gibbs e o potencial da reacción:

ΔG⁰ =-n F E⁰ . Dado que o E<0--> ΔG⁰>0; a reacción non é espontánea.

1.2. Cu²⁺ (aq) + Cd(s) → Cu(s) + Cd²⁺ (aq), esta reacción si se producirá, xa que:

Oxidación Cd(s) → Cd²⁺ (aq) + 2e^- ; E⁰ = +0,40 V

Redución Cu²⁺ (aq) + 2e^- → Cu(s) ; E⁰ = +0,34 V

Reacción global: Cu²⁺ (aq) + Cd(s) → Cu(s) + Cd²⁺ (aq) Eº= +0,74 V

Tendo en conta a relación entre a variación de enerxía libre de Gibbs e o potencial da reacción:

ΔG⁰ =-n F E⁰ . Dado que o E>0--> ΔG⁰<0 a reacción é espontánea.

2. Equilibrio Químico e Hibridación

2.1. Desprazamento do Equilibrio

Considere o seguinte proceso en equilibrio: N₂F₄(g) ⇌ 2NF₂(g); ΔHº= 38,5 kJ. Razoee que lle ocorre ao equilibrio se se diminúe a presión da mezcla de reacción a temperatura constante.

2.2. Hibridación do Carbono no Eteno

Especifique qué orbitais híbridos utiliza o carbono no eteno (C₂H₄), así como o tipo de enlaces que se forman na molécula. Razoe a resposta.

2.1. Pódese razoar polo principio de Le Chatelier: cando nun sistema en equilibrio se modifica algún dos factores que inflúen neste (concentración, presión, volume ou temperatura), o sistema evoluciona de maneira que se despraza no sentido de contrarrestar tal variación. E así, no caso presentado, ao diminuir a presión, o equilibrio desprázase hacia onde hai maior número de moles en estado gas; polo tanto, cara á dereita.

2.2. A partir da estrutura de Lewis do eteno (H₂C=CH₂) dedúcese que cada carbono está rodeado de tres zonas de alta densidade electrónica, polo que presenta hibridación *sp²*. Dous orbitais híbridos *sp²* de cada átomo de carbono se superpoñen mediante enlace covalente *sigma*, mentras que os dous orbitais sen hibridar 2pz perpendiculares ao plano dos orbitais híbridos, forman un enlace *pi*. Así se explicaría o dobre enlace C=C. Os dous orbitais híbridos *sp²* restantes en cada carbono superpóñense a outros tantos orbitais 1s dos átomos de hidróxeno, mediante enlaces.

3. Tipos de Enlace e Propiedades das Substancias

3.1. Limaduras de Magnesio

3.2. Cloruro de Sodio

Indique, de forma razoada, o tipo de enlace que presentan e dúas propiedades para cada unha das substancias seguintes:

3.1. Limaduras de magnesio. Enlace metálico é a forza de unión existente entre os átomos dos metais, ao que deben a súa estabilidade e propiedades as redes cristalinas metálicas (xustificar o porqué). Algunhas propiedades son: puntos de fusión e de ebulición elevados, alta conductividade eléctrica en estado sólido, alta conductividade térmica, boas propiedades mecánicas como ductilidade, maleabilidade, densidade elevada en xeral.

3.2. Cloruro de sodio. Enlace iónico (xustificar o porqué). Algunhas propiedades son puntos de fusión e de ebulición elevados, a maioría son solubles en auga e en disolventes polares, en estado sólido non conducen a electricidade pero sí o fan cando están disoltos ou fundidos.

4. Raio Atómico e Iónico

4.1. Comparación de Raio Atómico

4.2. Raio do Ión Fluoruro

Os números atómicos do osíxeno, do flúor e do sodio son 8, 9 e 11, respectivamente. Razoe:

4.1. As estruturas electrónicas dos elementos son O: 1s² 2s² 2p⁴ ; F: 1s² 2s² 2p⁵ e Na: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ . O sodio terá o maior raio atómico porque o derradeiro electrón está nun nivel n=3 máis lonxe do núcleo que no osíxeno ou no flúor con n=2.

4.2. O raio do ión fluoruro F^- será maior que o F xa que a carga nuclear permanece constante (Z=9) pero ó gañar 1 e^- a repulsión entre os electróns aumenta e o tamaño da nube electrónica tamén aumenta.